超重力精餾設(shè)備深低溫精餾塔
深低溫設(shè)備中利用液化原料氣各組分沸點(diǎn)不同,通過(guò)多次部分冷凝和部分蒸發(fā)分離氣體組分的設(shè)備。深低溫精餾塔按結(jié)構(gòu)形式有篩板塔、泡罩塔、浮閥塔和填料塔等型式。
工作原理
把多組分的液體置于一密閉容器中,加熱后有一部分蒸發(fā)(即部分蒸發(fā))。由于各組分具有不同的沸點(diǎn),液體中的低沸點(diǎn)組分先蒸發(fā),造成密閉容器中的液相和氣相中組成不同。氣相中低沸點(diǎn)組分的濃度比液相中低沸點(diǎn)組分的濃度大;液相中高沸點(diǎn)組分的濃度比氣相中高沸點(diǎn)組分的濃度大。同理,蒸氣冷卻后有一部分冷凝(即部分冷凝)。冷凝液中高沸點(diǎn)組分的濃度比氣相中高沸點(diǎn)組分的濃度大。精餾過(guò)程就是多次的部分冷凝和部分蒸發(fā)。
這一過(guò)程是在精餾塔中進(jìn)行的。進(jìn)行精餾操作時(shí),塔頂必須具有下流液體,底部塔釜必須有連續(xù)上升的蒸氣,并使各層塔板氣液接觸,進(jìn)行質(zhì)量和熱量交換,不斷地進(jìn)行部分蒸發(fā)和部分冷凝,從而使上升蒸氣中低沸點(diǎn)組分越來(lái)越濃,從而得到所需要的純氣體;同時(shí)下流液體中高沸點(diǎn)組分越來(lái)越濃,從而得到所需要的純液體。
液態(tài)空氣精餾塔中設(shè)置有多層塔板(如篩板塔)。塔板上氣液接觸時(shí),上升蒸氣從上一塊塔板下流的溫度較低的液體中獲得冷量,蒸氣中高沸點(diǎn)組分(氧)就部分冷凝而進(jìn)入液體中,液體中的氧組分就增多,而液體則從蒸氣中得到熱量,其中低沸點(diǎn)組分(氮)就被部分蒸發(fā),而使氣體中氮組分增多。
精餾塔的每層塔板是氣、液兩相進(jìn)行質(zhì)量和熱量交換的場(chǎng)所。精餾過(guò)程就是通過(guò)精餾塔內(nèi)多塊塔板的熱量和質(zhì)量交換作用而實(shí)現(xiàn)的。最終在塔的底部獲得液氧,在塔的頂部得到高純度氣氮。
篩板塔
篩板塔內(nèi)裝有若干層塔板,塔板上有許多小孔,形狀如同篩子,并裝有溢流管。蒸氣從下部上升,穿過(guò)各層篩板的小孔,并從篩板上液層中鼓泡通過(guò)。液體則從溢流管逐層往下流動(dòng)。篩孔直徑一般為0.9~1.1毫米,間距為2.1~3.25毫米,篩孔在塔板上呈正三角形排列。篩板塔在操作范圍內(nèi)有高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和制造費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),但塔的操作范圍較窄,塔板安裝水平度要求高。
泡罩塔
在塔板上設(shè)置許多泡罩,每個(gè)泡罩由帶齒縫的泡罩和升氣管組成,它浸沒(méi)在液體中。上升蒸氣通過(guò)升氣管,從泡罩上的齒縫鼓泡通過(guò)液層,而液體通過(guò)溢流管流入下一塊塔板。它能在很廣的操作范圍內(nèi)穩(wěn)定工作,保持一定效率,但塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造費(fèi)用高,阻力大。
浮閥塔
浮閥塔由泡罩塔發(fā)展而來(lái),結(jié)構(gòu)與泡罩塔相似,但每個(gè)孔裝有能上下活動(dòng)的浮閥(見(jiàn)圖),覆蓋閥孔,代替固定的泡罩。浮閥可在一定的高度內(nèi)自由升降,調(diào)節(jié)通流面積,以適應(yīng)不同的氣體通過(guò)量,并能在很廣的操作范圍內(nèi)保持高效率,且塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝容易,制造費(fèi)用低。
填料塔
塔內(nèi)堆置填料,以增加氣液兩相間的接觸面積。最常用的填料有環(huán)形、鞍形和波形等實(shí)體填料和絲網(wǎng)填料。液體從塔頂沿填料表面呈膜狀向下流動(dòng),蒸氣則連續(xù)由下而上同液膜密切接觸。蒸氣和液體的濃度沿塔高連續(xù)變化。填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,阻力小,但要求液體在塔截面內(nèi)分配均勻,才能達(dá)到高效率。